嵌入式和單片機(jī)，這兩者之間是什么關(guān)系？

工程師進(jìn)階筆記 · 發(fā)表于 2024-11-30 17:50:00

我是老溫，一名熱愛(ài)學(xué)習(xí)的嵌入式工程師
關(guān)注我，一起變得更加優(yōu)秀！一定有很多人都聽(tīng)說(shuō)過(guò)嵌入式和單片機(jī)，但在剛開(kāi)始接觸時(shí)，不知道大家有沒(méi)有聽(tīng)說(shuō)過(guò)嵌入式就是單片機(jī)這樣的說(shuō)法，其實(shí)嵌入式和單片機(jī)還是有區(qū)別的。單片機(jī)與嵌入式到底有什么關(guān)系？
下面我們就來(lái)說(shuō)說(shuō)嵌入式和單片機(jī)之間的聯(lián)系和區(qū)別吧。

01

什么是單片機(jī)？
首先，我們來(lái)了解一下到底什么是單片機(jī)。

嵌入式系統(tǒng)的核心是嵌入式處理器。嵌入式處理器一般可以分為以下幾種類(lèi)型：

嵌入式微控制器MCU（Micro Control Unit）嵌入式DSP處理器（Digital Signal Processor）嵌入式微處理器MPU（Micro Processor Unit）嵌入式片上系統(tǒng)SoC（System on Chip）可編程片上系統(tǒng)SoPC（System on a Programmable Chip）

我們的單片機(jī)屬于嵌入式微控制器MCU（Micro Control Unit）

MCU內(nèi)部集成ROM/RAM、總線邏輯、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、看門(mén)狗、I/O、串口、A/D、D/A、FLASH等。典型代表如8051、8096、C8051F等。

單片機(jī)就是在一個(gè)芯片（Chip）上集成了CPU、SRAM、Flash及其他需要模塊，在一個(gè)Chip上實(shí)現(xiàn)一個(gè)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，所以就叫Single Chip Microcomputer，也就是單片機(jī)了。

它其實(shí)就是一種集成電路芯片，是通過(guò)超大規(guī)模集成電路技術(shù)，將CPU、RAM、ROM、輸入輸出和中斷系統(tǒng)、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器等功能，塞進(jìn)一塊硅片上，變成一個(gè)超小型的計(jì)算機(jī)。

這么說(shuō)來(lái)，單片機(jī)不就是一個(gè)嵌入式系統(tǒng)？

別急，我們往下看。

“單片機(jī)”其實(shí)是一種古老的叫法。在那個(gè)年代半導(dǎo)體工藝還在起步階段，集成能力很差，往往是CPU一個(gè)芯片，SRAM一個(gè)芯片，F(xiàn)lash一個(gè)芯片，需要中斷的話又得有個(gè)專(zhuān)門(mén)處理中斷的芯片，所以一個(gè)完整可用的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是很多個(gè)芯片（Chip）做在一個(gè)PCB板上構(gòu)成的。

不同的功能無(wú)法做進(jìn)一個(gè)芯片（Chip），所以會(huì)有多片機(jī)�，F(xiàn)在半導(dǎo)體技術(shù)早已非常發(fā)達(dá)，所以不存在多片機(jī)。但是，“單片機(jī)”的叫法卻一直延用至今。

單片機(jī)技術(shù)從上世紀(jì)70年代末誕生，早期的時(shí)候是4位，后來(lái)發(fā)展為8位，16位，32位。它真正崛起，是在8位時(shí)代。8位單片機(jī)功能很強(qiáng)，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、儀器儀表、家電汽車(chē)等領(lǐng)域。

我們?cè)谘芯繂纹瑱C(jī)的時(shí)候，經(jīng)常會(huì)聽(tīng)到一個(gè)詞——51單片機(jī)。讓我們來(lái)了解一下它究竟是什么。

51單片機(jī)，其實(shí)就是一系列單片機(jī)的統(tǒng)稱(chēng)。該系列單片機(jī)，兼容Intel 8031指令系統(tǒng)。它們的始祖，是Intel（英特爾）的8004單片機(jī)。

注意，51單片機(jī)并不全是英特爾公司產(chǎn)品。包括ATMEL（艾德梅爾）、Philips（飛利浦）、華邦Dallas（達(dá)拉斯）、Siemens（西門(mén)子）、STC（國(guó)產(chǎn)宏晶等公司，也有很多產(chǎn)品屬于51單片機(jī)系列。

ATMEL公司的51單片機(jī)，AT89C51這是一個(gè)51單片機(jī)的開(kāi)發(fā)板，中間那個(gè)芯片才是51單片機(jī)

51單片機(jī)曾經(jīng)在很長(zhǎng)時(shí)間里都是市面上最主流、應(yīng)用最廣泛的單片機(jī)，占據(jù)大量的市場(chǎng)份額。

51單片機(jī)其實(shí)放在現(xiàn)在毫無(wú)技術(shù)優(yōu)勢(shì)，是一種很老的技術(shù)。之所以它的生命力頑強(qiáng)，除了它曾經(jīng)很流行之外，還有一個(gè)原因，就是英特爾公司徹底開(kāi)放了51內(nèi)核的版權(quán)。

所以，無(wú)論任何單位或個(gè)人，都可以毫無(wú)顧忌地使用51單片機(jī)，不用付費(fèi)，也不用擔(dān)心版權(quán)風(fēng)險(xiǎn)，所以很多學(xué)校也都在用這個(gè)。

此外，51單片機(jī)擁有雄厚的存量基礎(chǔ)和群眾基礎(chǔ)。很多老項(xiàng)目都是用的51單片機(jī)，出于成本的考慮，有時(shí)候只能繼續(xù)沿用51單片機(jī)的技術(shù)進(jìn)行升級(jí)。

而且，很多老一輩的工程師，都精通51單片機(jī)開(kāi)發(fā)技術(shù)。

所以，51單片機(jī)的生命力得以不斷延續(xù)。

02

什么是嵌入式？
嵌入式系統(tǒng)是一種專(zhuān)用的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，作為裝置或設(shè)備的一部分。通常，嵌入式系統(tǒng)是一個(gè)控制程序存儲(chǔ)在ROM中的嵌入式處理器控制板。

事實(shí)上，所有帶有數(shù)字接口的設(shè)備，如手表、微波爐、錄像機(jī)、汽車(chē)等，都使用嵌入式系統(tǒng)，有些嵌入式系統(tǒng)還包含操作系統(tǒng)，但大多數(shù)嵌入式系統(tǒng)都是由單個(gè)程序?qū)崿F(xiàn)整個(gè)控制邏輯。

從應(yīng)用對(duì)象上加以定義，嵌入式系統(tǒng)是軟件和硬件的綜合體，還可以涵蓋機(jī)械等附屬裝置。國(guó)內(nèi)普遍認(rèn)同的嵌入式系統(tǒng)定義為：

以應(yīng)用為中心，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，軟硬件可裁剪，適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗等嚴(yán)格要求的專(zhuān)用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

嵌入式系統(tǒng)具體應(yīng)用于哪些“專(zhuān)用”方向呢？

舉例如下：

辦公自動(dòng)化：打印機(jī)，復(fù)印機(jī)、傳真機(jī)
軍事及航天類(lèi)產(chǎn)品：無(wú)人機(jī)、雷達(dá)、作戰(zhàn)機(jī)器人
家電類(lèi)產(chǎn)品：數(shù)字電視、掃地機(jī)器人、智能家電
醫(yī)療電子類(lèi)產(chǎn)品：生化分析儀血液分析儀、CT
汽車(chē)電子類(lèi)產(chǎn)品：引擎控制、安全系統(tǒng)、汽車(chē)導(dǎo)航與娛樂(lè)系統(tǒng)
網(wǎng)絡(luò)通信類(lèi)產(chǎn)品：通信類(lèi)交換設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備 (交換機(jī)、路由器、網(wǎng)絡(luò)安全)
通信與娛樂(lè)：手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、音樂(lè)播放器、可穿戴電子產(chǎn)品、PSP游戲機(jī)
工業(yè)控制類(lèi)產(chǎn)品：工控機(jī)交互式終端 (POS、ATM)、安全監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集與傳輸、儀器儀表

上述這些領(lǐng)域，都使用了嵌入式系統(tǒng)。這還只是冰山一角。

可以說(shuō)，嵌入式系統(tǒng)完完全全地融入了我們，時(shí)刻影響著我們的工作和生活。

嵌入式系統(tǒng)，既然是一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，那么肯定離不開(kāi)硬件和軟件。

一個(gè)嵌入式系統(tǒng)的典型架構(gòu)如下：

這里最重要的就是嵌入式操作系統(tǒng)和嵌入式微處理器。

從硬件角度來(lái)看，嵌入式系統(tǒng)就是以處理器（CPU）為核心，依靠總線（Bus）進(jìn)行連接的多模塊系統(tǒng)：

其實(shí)大家不難看出和個(gè)人PC是一樣的方式。

單片機(jī)是有清晰定義的，就是單個(gè)片（chip）上的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。而不同的單片機(jī)雖然配置不同，性能不同，廠家不同，甚至指令集和開(kāi)發(fā)方式不同，但是都是在一個(gè)片上的完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，這個(gè)定義不會(huì)錯(cuò)。

而嵌入式就是個(gè)不清晰的定義了，并沒(méi)有非常明確的關(guān)于“嵌入式”這個(gè)詞的定義。他也不像單片機(jī)一樣，是個(gè)確定的“物”的名字。
03

單片機(jī)是不是嵌入式？
那么單片機(jī)到底是不是嵌入式呢？

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)：是。

因?yàn)楹芏嗲度胧疆a(chǎn)品中被嵌入的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)就是單片機(jī)，譬如空調(diào)中嵌入的控制板其實(shí)核心就是個(gè)單片機(jī)。實(shí)際上大部分家電產(chǎn)品中嵌入的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)都是單片機(jī)。

因?yàn)閱纹瑱C(jī)足夠簡(jiǎn)單便宜而且夠用，所以使用單片機(jī)是最劃算最適合的。

而單片機(jī)現(xiàn)在出貨量最大的領(lǐng)域也就是家電產(chǎn)品了，當(dāng)然未來(lái)IOT類(lèi)的應(yīng)用會(huì)越來(lái)越多，會(huì)成為單片機(jī)的很大的增量市場(chǎng)。

04

廣義和狹義的嵌入式
嵌入式這個(gè)概念實(shí)際上很泛化，現(xiàn)在講嵌入式這個(gè)詞的人，可能想表達(dá)的意思并不相同。咱們上面講的嵌入式的概念是嵌入式本來(lái)的定義，也就是所謂廣義上的嵌入式。

而狹義的嵌入式，其實(shí)是“嵌入式linux系統(tǒng)”的簡(jiǎn)稱(chēng)。

這種狹義的嵌入式最初指的是運(yùn)行了linux系統(tǒng)的嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。后來(lái)也包括運(yùn)行了和linux同級(jí)別的其他嵌入式系統(tǒng)（譬如WinCE、Vxworks、Android等）的計(jì)算機(jī)。

看過(guò)上面的介紹之后你就知道到底單片機(jī)是不是嵌入式了，其實(shí)這兩者之間的聯(lián)系有很深，總之，不管你是準(zhǔn)備學(xué)習(xí)嵌入式或是單片機(jī)，都要自己想好了再做決定。

05

嵌入式和單片機(jī)的區(qū)別
說(shuō)到這里，我們來(lái)看看，嵌入式和單片機(jī)的區(qū)別到底是什么。

從前文的介紹來(lái)看，嵌入式系統(tǒng)是一個(gè)大類(lèi)，單片機(jī)是其中一個(gè)重要的子類(lèi)。嵌式系統(tǒng)像是一個(gè)完整的計(jì)算機(jī)，而單片機(jī)更像是一個(gè)沒(méi)有外設(shè)的計(jì)算機(jī)。

以前單片機(jī)包括的東西并不算多，兩者的硬件區(qū)別較為明顯。

但是，隨著半導(dǎo)體技術(shù)的突飛猛進(jìn)，現(xiàn)在各種硬件功能都能被做進(jìn)單片機(jī)之中。所以，嵌入式系統(tǒng)和單片機(jī)之間的硬件區(qū)別越來(lái)越小，分界線也越來(lái)越模糊。

于是，人們傾向于在軟件上進(jìn)行區(qū)分。

從軟件上，行業(yè)里經(jīng)常把芯片中不帶MMU（memory management unit，內(nèi)存管理單元）從而不支持虛擬地址，只能裸奔或運(yùn)行RTOS（實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，例如ucos、華為L(zhǎng)iteOS、RT-Thread、freertos等）的system，叫做單片機(jī)（如STM32、NXP LPC系列、NXP imxRT1052系列等）。

同時(shí)，把芯片自帶MMU可以支持虛擬地址，能夠跑Linux、Vxworks、WinCE、Android這樣的“高級(jí)”操作系統(tǒng)的system，叫做嵌入式。

在某些時(shí)候，單片機(jī)本身已經(jīng)足夠強(qiáng)大，可以作為嵌入式系統(tǒng)使用。它的成本更低，開(kāi)發(fā)和維護(hù)的難度相對(duì)較小，尤其是針對(duì)一些針對(duì)性更強(qiáng)的應(yīng)用。而嵌入式系統(tǒng)理論上性能更強(qiáng)，應(yīng)用更廣泛，但復(fù)雜度高，開(kāi)發(fā)難度大。

06

我們?yōu)槭裁匆獙W(xué)習(xí)嵌入式和單片機(jī)
今天我也只是給大家簡(jiǎn)單地介紹了一下單片機(jī)和嵌入式以及他們之間的關(guān)系和區(qū)別，雖然嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)有30多年的歷史，但其實(shí)一直隱藏在背后的，自從物聯(lián)網(wǎng)上升為國(guó)家戰(zhàn)略后，嵌入式系統(tǒng)也漸漸從后臺(tái)走到前臺(tái)。

嵌入式和單片機(jī)并不是純“硬件”類(lèi)方向。如果你想學(xué)好嵌入式和單片機(jī)，只懂?dāng)?shù)字電路和微機(jī)接口這樣的硬件知識(shí)是不夠的，你更需要學(xué)習(xí)的，是匯編、C/C++語(yǔ)言、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法知識(shí)。擁有軟硬結(jié)合的能力，遠(yuǎn)遠(yuǎn)比單純掌握某種程序開(kāi)發(fā)語(yǔ)言更有價(jià)值。

其次，嵌入式和單片機(jī)擁有廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景，在各個(gè)領(lǐng)域都有項(xiàng)目需求和人才需求。而且我們國(guó)家現(xiàn)在正在大力發(fā)展芯片產(chǎn)業(yè)，也會(huì)帶動(dòng)嵌入式人才的就業(yè)，提升待遇。

隨著5G建設(shè)的深入，整個(gè)社會(huì)正在向“萬(wàn)物互聯(lián)”的方向變革。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)也將迎來(lái)前所未有的歷史機(jī)遇。嵌入式和單片機(jī)技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的重要組成部分，也將進(jìn)入快速發(fā)展的時(shí)代。

技術(shù)越難，過(guò)程越苦，越有利于構(gòu)建競(jìng)爭(zhēng)壁壘。大學(xué)里很多同學(xué)都熱衷于學(xué)習(xí)各種編程語(yǔ)言，往往忽視了這一塊，可以說(shuō)在嵌入式開(kāi)發(fā)這一塊的人才我們國(guó)家還是比較欠缺的。因此，我覺(jué)得大家非常值得投入時(shí)間去學(xué)習(xí)嵌入式開(kāi)發(fā)的技能。原文：https://www.zhihu.com/question/315310041/answer/2179945564
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